(57)【要約】光起電力セル用の金属物品を開示する。この金属物品は、複数の電鋳素子を有する第一領域を含み、これらの電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される。セル間配線は、第一領域と一体である。このセル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合するように構成される。セル間配線は、複数の湾曲した電鋳付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及びこの第一端部に対向し、エッジから離れる第二端部を有する。これらの付加物は、互いから離隔される。金属物品は、ユニットの独立型部品である。
2019519119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力セル用の金属物品であって、
前記光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される複数の電鋳素子を有する第一領域、及び
前記第一領域と一体であるセル間配線、
を備え、
前記セル間配線は、
前記光入射面を延出し、前記金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合するように構成され、
複数の湾曲した電鋳付加物を含み、各付加物がｉ）前記第一領域のエッジに結合される第一端部、及びｉｉ）前記第一端部に対向し、前記エッジから離れる第二端部を有し、
そこで前記付加物は互いから離隔され、
そこで前記金属物品はユニットの独立型部品である、
前記金属物品。
【請求項２】
前記複数の付加物の各付加物は、鼓形である、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項３】
前記第一領域は、第一面を含み、
前記セル間配線は、前記第一面と異なる第二面中に前記複数の電鋳付加物の前記第二端部を配置する曲げ部を含む、
請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項４】
前記曲げ部は、前記金属物品の前記平面に関して５°から８５°の角度に構成される、請求項３に記載の前記金属物品。
【請求項５】
前記セル間配線は、前記第一面から０．２〜０．４ｍｍまで突出し、
前記セル間配線は、前記第二面から０．３〜０．６ｍｍまで突出する、
請求項４に記載の前記金属物品。
【請求項６】
前記セル間配線は、前記第一領域の前記エッジの少なくとも４分の１に及ぶ、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項７】
前記セル間配線の厚さは、前記複数の電鋳素子の高さと異なる高さを含む、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項８】
前記複数の電鋳素子は、複数の第一素子が複数の第二素子に交差することを備える、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項９】
前記複数の第一素子は、前記第一領域の前記エッジに垂直であり、各第一素子の幅は、前記第一素子の長さ沿いに変化する、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項１０】
前記セル間配線と一体であり、前記複数の電鋳付加物の前記第二端部に結合され、前記隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるように構成される金属ストリップ、
をさらに備える、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項１１】
光起電力セル用の電気部品を形成する方法であって、
金属物品を導電性マンドレル上に電鋳し、そこで前記導電性マンドレルは少なくとも１つの予備成形パターンを備える外面を有し、そこで前記金属物品は複数の電鋳素子を有する第一領域、及び前記第一領域と一体であるセル間配線を含み、前記セル間配線が複数の湾曲した電鋳付加物を有し、
前記金属物品を前記導電性マンドレルから分離し、そこで前記導電性マンドレルから分離されるときに前記金属物品がユニットの独立型部品を形成するように、前記複数の電鋳素子は内部接続される、
ことを備え、
そこで前記複数の電鋳素子は前記光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成され、
そこで前記セル間配線は、
前記光入射面を延出し、前記金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合するように構成され、
複数の湾曲した電鋳付加物を含み、各付加物がｉ）前記第一領域のエッジに結合される第一端部、及びｉｉ）前記第一端部に対向し、前記エッジから離れる第二端部を有し、そこで前記付加物は互いから離隔される、
前記方法。
【請求項１２】
前記複数の付加物の各付加物は、鼓形である、請求項１１に記載の前記方法。
【請求項１３】
前記第一領域は、第一面を含み、
前記セル間配線は、前記第一面と異なる第二面中に前記複数の電鋳付加物の前記第二端部を配置する曲げ部を含む、
請求項１１に記載の前記方法。
【請求項１４】
前記曲げ部は、前記金属物品の前記平面に関して５°から８５°の角度に構成される、請求項１３に記載の前記方法。
【請求項１５】
前記セル間配線は、前記第一面から０．２〜０．４ｍｍまで突出し、
前記セル間配線は、前記第二面から０．３〜０．６ｍｍまで突出する、
請求項１４に記載の前記方法。
【請求項１６】
前記セル間配線は、前記第一領域の前記エッジの少なくとも４分の１に及ぶ、請求項１１に記載の前記方法。
【請求項１７】
前記セル間配線の厚さは、前記複数の電鋳素子の高さと異なる高さを含む、請求項１１に記載の前記方法。
【請求項１８】
前記複数の電鋳素子は、複数の第一素子が複数の第二素子に交差することを備える、請求項１１に記載の前記方法。
【請求項１９】
前記複数の第一素子は、前記第一領域の前記エッジに垂直であり、各第一素子の幅は、前記第一素子の長さ沿いに変化する、請求項１１に記載の前記方法。
【請求項２０】
前記セル間配線と一体であり、前記複数の電鋳付加物の前記第二端部に結合され、前記隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるように構成される金属ストリップ、
をさらに備える、請求項１１に記載の前記方法。
【請求項２１】
光起電力セル用の金属物品であって、
前記光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される複数の素子を有する第一領域、及び
前記第一領域と一体であり、前記光入射面を延出し、前記金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合するセル間配線、
を備え、
前記セル間配線は、
ｉ）前記第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、ｉｉ）前記第一リンクに対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二リンク端部、及びｉｉｉ）前記リンクの長さ沿いにテーパネックを有するリンク、
各付加物がｉ）前記第一領域の前記エッジに結合される第一端部、ｉｉ）前記第一端部に対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二端部、及びｉｉｉ）前記リンクの前記長さより長い付加物長を有し、互いから離隔される複数の付加物、
を備え、
前記金属物品はユニットの独立型部品である、
前記金属物品。
【請求項２２】
前記リンクは、直線的であり、前記第一領域の前記エッジに垂直である、請求項２１に記載の前記金属物品。
【請求項２３】
前記セル間配線は、力が前記セル間配線に加えられるときに前記ネックで破壊するように設計される、請求項２１に記載の前記金属物品。
【請求項２４】
前記付加物は、１センチメートルあたり少なくとも８回、１センチメートルあたり少なくとも１０回、または１センチメートルあたり少なくとも１２回繰り返される、請求項２１に記載の前記金属物品。
【請求項２５】
前記複数の付加物の各付加物は、鼓形、Ｓ字形、Ｕ字形、Ｗ字形、Ｖ字形、蛇状、鋸歯状またはＬ字形である、請求項２１に記載の前記金属物品。
【請求項２６】
前記付加物長は、前記付加物沿いの経路長であり、前記付加物長は、前記リンクの前記長さの１．４から３倍である、請求項２１に記載の前記金属物品。
【請求項２７】
前記付加物の前記接線と前記第一領域の水平方向のエッジとの間の角度は、少なくとも１２°である、請求項２１に記載の前記金属物品。
【請求項２８】
前記第一領域及び前記セル間配線は、同一平面内に配置される、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項２９】
前記セル間配線と一体であり、前記複数の付加物の前記第二端部に結合され、前記隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるように構成される金属ストリップ、
をさらに備える、請求項２１に記載の前記金属物品。
【請求項３０】
各付加物は、前記第一領域の前記エッジと前記金属ストリップとの間の非垂直経路を横切る、請求項２９に記載の前記金属物品。
【請求項３１】
前記セル間配線は、前記複数の付加物を横切って延在し、１つの付加物を隣接する付加物に接続するクロスバーをさらに備える、請求項２１に記載の前記金属物品。
【請求項３２】
光起電力セル用の電気部品を形成する方法であって、
金属物品を導電性マンドレル上に電鋳し、前記導電性マンドレルは少なくとも１つの予備成形パターンを備える外面を有し、前記金属物品は複数の電鋳素子を有する第一領域、及び前記第一領域と一体であるセル間配線を含み、
前記金属物品を前記導電性マンドレルから分離し、前記導電性マンドレルから分離されるときに、前記金属物品がユニットの独立型部品を形成するように、前記複数の電鋳素子は内部接続される、
ことを備え、
そこで前記複数の電鋳素子は、前記光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成され、
そこで前記セル間配線は、前記光入射面を延出し、前記金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合し、
そこで前記セル間配線は、
ｉ）前記第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、ｉｉ）前記第一リンク端部に対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二リンク端部、及びｉｉｉ）リンクの長さ沿いにテーパネック、を有する前記リンク、
各付加物がｉ）前記第一領域の前記エッジに結合される第一端部、ｉｉ）前記第一端部に対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二端部、及びｉｉｉ）前記リンクの前記長さより長い付加物長を有し、互いから離隔される複数の付加物、
を備える、前記方法。
【請求項３３】
前記リンクは、直線的であり、前記第一領域の前記エッジに垂直である、請求項３２に記載の前記方法。
【請求項３４】
前記セル間配線は、力が前記セル間配線に加えられるときに、前記ネックで破壊するように設計される、請求項３２に記載の前記方法。
【請求項３５】
前記付加物は、１センチメートルあたり少なくとも８回、１センチメートルあたり少なくとも１０回、または１センチメートルあたり少なくとも１２回繰り返される、請求項３２に記載の前記方法。
【請求項３６】
前記複数の付加物の各付加物は、鼓形、Ｓ字形、Ｕ字形、Ｗ字形、Ｖ字形、蛇状、鋸歯状またはＬ字形である、請求項３２に記載の前記方法。
【請求項３７】
前記付加物の前記接線と前記第一領域の水平方向のエッジとの間の角度は、少なくとも１２°である、請求項３２に記載の前記方法。
【請求項３８】
前記第一領域及び前記セル間配線は、同一平面内に配置される、請求項３２に記載の前記方法。
【請求項３９】
前記セル間配線と一体であり、前記複数の付加物の前記第二端部に結合され、前記隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるように構成される金属ストリップ、
をさらに備える、請求項３２に記載の前記方法。
【請求項４０】
前記セル間配線は、前記複数の付加物を横切って延在し、１つの付加物を隣接する付加物に接続するクロスバーをさらに備える、請求項３２に記載の前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１６年６月２４日に出願された、「Ｃｅｌｌ−ｔｏ−Ｃｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ」と題する、米国特許出願第１５／１９２，５７６号の一部継続出願であり、これは、あらゆる目的のために本明細書によって参照により援用される。
【背景技術】
【０００２】
ソーラーセルは、光子を電気エネルギーに変換するデバイスである。電気エネルギーは、セルにより生成され、半導体材料に結合される電気接点を通して集電され、モジュール内の他の光起電力セルとの内部接続を通して送られる。ソーラーセルの「標準セル」モデルは、半導体材料を有し、この半導体材料は、入射太陽エネルギーを吸収し、この太陽エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用され、反射防止膜（ＡＲＣ）層より下で、金属バックシートより上に配置される。一般的に、電気接点を半導体表面に焼成貫通ペーストによって作製し、焼成貫通ペーストは、ペーストがＡＲＣ層を通して拡散し、セルの表面に接触するように、加熱される金属ペーストである。一般的に、ペーストを１セットのフィンガー及びバスバー中でパターン化し、その後、このセットをリボンによって他のセルにはんだ付けし、モジュールを作製する。別のタイプのソーラーセルは、透明導電性酸化物層（ＴＣＯの）間に挟まれる半導体材料を有し、つぎに、これらの透明導電性酸化物層は、フィンガー／バスバーパターン中にも構成される導電性ペーストの最終層によって被覆される。
【０００３】
いくつかのソーラーセルを合わせて接続し、ソーラーセル回路を形成してもよい。ソーラーセル回路において、１つのソーラーセルのｐドープ領域（「正領域」）に結合される導電領域は、隣接するソーラーセルのｎドープ領域（「負領域」）に結合される導電性領域に接続される。その後、隣接するソーラーセルの正領域は、つぎに隣接するソーラーセルの負領域に接続され、以下同様である。ソーラーセルのこの連鎖を繰り返し、直列でいくつかのソーラーセルを接続し、ソーラーセル回路の出力電圧を増加させてもよい。一般的に、ソーラーセル上にはんだ付けされるフラットワイヤまたはリボンによってソーラーセルを接続する。セル間の内部接続が移送、設置及び通常のサーマルサイクリング中に破壊及び反りを起こしやすいことは、当該技術分野において知られている。たとえば、ソーラーセル回路は、移送中に衝撃及び振動から発生する場合がある内部接続の疲労に起因する現地での不具合、またはウィンドバフェッティングもしくは雪荷重によるような、サーマルサイクリング及び機械的応力に起因する運転中の不具合を受ける場合がある。内部接続の不具合は、アーク放電につながる場合があり、その後、火災をもたらす可能性がある。
【０００４】
さらに、そのより高い熱膨張係数の結果として、ワイヤまたはリボンなどの内部接続は、はんだ付けからの冷却時にソーラーセルよりさらに収縮することにより、接続部でソーラーセルにクラックが入る場合がある。より大きな懸念のうちの収縮差は、ソーラーセル中に微小クラックを形成することが可能であり、微小クラックは、ソーラーセルが応力を受けるときに拡大する可能性がある。クラックは、信頼性の低下、機械的不具合、及び電力減衰を含む、長期の問題を引き起こす可能性がある。
【０００５】
従来、ソーラーセルを３本のバスバー構成によって内部接続する。３本のバスバー内部接続は、隣接するソーラーセル間のそれらに固有のインプレーン不撓性または剛性により、ソーラーセル中に反りを引き起こすことが多い。また、３本のバスバー構成は、隣接するソーラーセル間の３つの内部接続の冗長性を有する。したがって、いかなる単一の内部接続不具合の場合も、ソーラーセルは、効率を失い、ソーラーセル過熱による火災の危険をもたらす場合がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
光起電力セル用の金属物品を開示する。金属物品は、光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される複数の電鋳素子を有する第一領域を含む。セル間配線は、第一領域と一体である。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルへ直接結合するように構成される。セル間配線は、複数の湾曲した電鋳付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及び第一端部に対向し、エッジから離れる第二端部を有する。付加物を互いから離隔する。金属物品は、ユニットの独立型部品である。
【０００７】
また、光起電力セル用の金属物品を開示する。金属物品は、複数の素子を有する第一領域を含み、これらの素子は、光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される。セル間配線は、第一領域と一体である。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルへ直接結合する。セル間配線は、第一領域のエッジに結合される第一リンク端部と、この第一リンク端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二リンク端部と、リンクの長さ沿いにテーパネックとを有するリンクを含む。セル間配線は、複数の付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及び第一端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二端部を有する。付加物長は、リンクの長さより長い。付加物を互いから離隔する。金属物品は、ユニットの独立型部品である。
【０００８】
本明細書に記載される本発明の各態様及び実施形態を単独で、または互いに組み合わせて使用することが可能である。ここで、これらの態様及び実施形態を添付の図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】いくつかの実施形態に従う電鋳マンドレルの斜視図を示す。
【図２Ａ】いくつかの実施形態に従い、独立型電鋳金属物品を製造する際の段階の断面図を描画する。
【図２Ｂ】いくつかの実施形態に従い、独立型電鋳金属物品を製造する際の段階の断面図を描画する。
【図２Ｃ】いくつかの実施形態に従い、独立型電鋳金属物品を製造する際の段階の断面図を描画する。
【図３】いくつかの実施形態に従い、適合可能な特徴を有する金属物品の上面図を提供する。
【図４Ａ】いくつかの実施形態に従うセル間配線の拡大図である。
【図４Ｂ】いくつかの実施形態に従うセル間配線の拡大図である。
【図４Ｃ】いくつかの実施形態に従い、さまざまな形状の付加物によるセル配線の部分図を描画する。
【図４Ｄ】いくつかの実施形態に従い、さまざまな形状の付加物によるセル配線の部分図を描画する。
【図４Ｅ】いくつかの実施形態に従い、さまざまな形状の付加物によるセル配線の部分図を描画する。
【図４Ｆ】いくつかの実施形態に従い、さまざまな形状の付加物によるセル配線の部分図を描画する。
【図４Ｇ】いくつかの実施形態に従い、さまざまな形状の付加物によるセル配線の部分図を描画する。
【図４Ｈ】いくつかの実施形態に従い、さまざまな形状の付加物によるセル配線の部分図を描画する。
【図４Ｉ】いくつかの実施形態に従い、さまざまな形状の付加物によるセル配線の部分図を描画する。
【図４Ｊ】いくつかの実施形態に従い、さまざまな形状の付加物によるセル配線の部分図を描画する。
【図４Ｋ】いくつかの実施形態に従い、さまざまな形状の付加物によるセル配線の部分図を描画する。
【図４Ｌ】いくつかの実施形態に従い、セル間配線を含む金属物品を示す。
【図４Ｍ】いくつかの実施形態に従い、セル間配線を含む金属物品を示す。
【図４Ｎ】いくつかの実施形態に従い、セル間配線を含む金属物品を示す。
【図５Ａ】いくつかの実施形態に従い、金属物品についての処理方法を描画する。
【図５Ｂ】いくつかの実施形態に従い、金属物品についての処理方法を描画する。
【図５Ｃ】いくつかの実施形態に従い、金属物品についての処理方法を描画する。
【図５Ｄ】いくつかの実施形態に従う金属物品を描画する。
【図６】いくつかの実施形態に従い、１つの光起電力セルの表面側、及び隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるセル間配線の上面図を示す。
【図７Ａ】いくつかの実施形態に従い、２つの隣接する光起電力セル間のセル間配線の側面図を示す。
【図７Ｂ】いくつかの実施形態に従い、２つの隣接する光起電力セル間のセル間配線の側面図を示す。
【図７Ｃ】いくつかの実施形態に従い、２つの隣接する光起電力セル間のセル間配線の側面図を示す。
【図８】いくつかの実施形態に従い光起電力セルの部品としての金属物品の斜視図を示す。
【図９】いくつかの実施形態に従い、モジュールアセンブリを形成する、金属物品を含む光起電力セルを示す。
【図１０】いくつかの実施形態に従い、本開示の金属物品を使用して光起電力モジュールを形成する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
従来、ソーラーセルのメタライゼーションは、セルの表面上にスクリーン印刷された銀ペースト、及びはんだコートされたリボンを利用するセル間配線によって達成される。金属導管の所与のアスペクト比について、電気抵抗は、そのフットプリントに反比例する。したがって通常、セルメタライゼーションまたはセル間配線設計は、いまだかつてなく最適化されたソーラーセルモジュール電力出力について遮光と抵抗との間で妥協する。従来の銀ペースト及びはんだコートされたリボンに代わり、グリッドまたはメッシュとも称される本開示の金属物品を使用することが可能であり、この金属物品は、機能要件間の妥協点を従来必要とする要因の分断を可能にする適合可能な特徴を有する。
【００１１】
米国特許第８，９１６，０３８号として発行され、本明細書に参照により援用される、Ｂａｂａｙａｎ  ｅｔ  ａｌ．、米国特許出願第１３／７９８，１２３号において、光起電力セルなどの半導体についての電線管は、電鋳された独立型金属物品として製造される。金属物品は、ソーラーセルとは別に製造され、フィンガー及びバスバーなどの複数の素子を含むことが可能であり、ユニット部品として安定して移送され、半導体デバイスへ容易にアライメントを取ることが可能である。電鋳工程において、金属物品の素子は、互いと一体に形成される。金属物品は、電鋳マンドレル内で製造され、この電鋳マンドレルは、ソーラーセルまたは他の半導体デバイスに合わせられるパターン化された金属層を生成する。たとえば、金属物品は、ソーラーセルについての遮光を最小にする高さ対幅のアスペクト比を有するグリッド線を有してもよい。金属物品は、セルメタライゼーション、セル間配線及びモジュール作製のために従来のバスバーメタライゼーション及びリボン線に代わることが可能である。処理ステップ間で安定して移送されることが可能である、独立したコンポーネントとして光起電力セル用のメタライゼーション層を生成する能力は、材料費及び製造においてさまざまな利点を提供する。
【００１２】
本明細書に開示されるのは、光起電力セル用の金属物品である。金属物品は、複数の電鋳素子を有する第一領域を含み、これらの電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される。セル間配線は、第一領域と一体である。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合するように構成される。セル間配線は、複数の湾曲した電鋳付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及びこの第一端部に対向し、エッジから離れる第二端部を含む。付加物を互いから離隔する。金属物品は、ユニットの独立型部品である。
【００１３】
１つの実施形態において、複数の付加物の各付加物は、鼓形であってよい。第一領域は、第一面を備えてもよく、セル間配線は、第一面と異なる第二面中に複数の電鋳付加物の第二端部を配置する曲げ部を備えてもよい。この曲げ部は、金属物品の平面に関して５°から８５°の角度で構成されてもよい。セル間配線は、第一面から０．２〜０．４ｍｍまで突出してもよい。セル間配線は、第二面から０．３〜０．６ｍｍまで突出してもよい。
【００１４】
セル間配線は、第一領域のエッジの少なくとも４分の１に及んでもよい。１つの実施形態において、セル間配線の厚さは、複数の電鋳素子の高さと異なる高さを有してもよい。
【００１５】
複数の電鋳素子は、複数の第一素子が複数の第二素子に交差することを備えてもよい。複数の第一素子は、第一領域のエッジに垂直であってもよい。各第一素子の幅は、第一素子の長さ沿いに変化してもよい。
【００１６】
１つの実施形態において、金属物品は、金属ストリップをさらに備え、この金属ストリップは、セル間配線と一体であり、複数の電鋳付加物の第二端部に結合されてもよい。金属ストリップは、隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるように構成されてもよい。
【００１７】
また、光起電力セル用の電気部品を形成する方法を開示する。この方法は、金属物品を導電性マンドレル上に電鋳することを含む。導電性マンドレルは、少なくとも１つの予備成形パターンを備える外面を有し、複数の電鋳素子を有する第一領域、及びこの第一領域と一体であるセル間配線を含む。セル間配線は、複数の湾曲した電鋳付加物を含む。金属物品は、導電性マンドレルから分離される。導電性マンドレルから分離されるときに、金属物品がユニットの独立型部品を形成するように、複数の電鋳素子を内部接続する。複数の電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルへ直接結合するように構成される。セル間配線は、複数の湾曲した電鋳付加物を有する。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及びこの第一端部に対向し、エッジから離れる第二端部を有する。これらの付加物を互いから離隔する。
【００１８】
本明細書に開示されるのは、光起電力セル用の金属物品である。金属物品は、複数の素子を有する第一領域を含み、これらの素子は、光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される。セル間配線は、第一領域と一体である。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルへ直接結合する。セル間配線は、第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、この第一リンク端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二リンク端部、及びリンクの長さ沿いにテーパネックを有するリンクを含む。セル間配線は、複数の付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及びこの第一端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二端部を有する。付加物長は、リンクの長さより長い。これらの付加物を互いから離隔する。金属物品は、ユニットの独立型部品である。
【００１９】
リンクは、直線的であり、第一領域のエッジに垂直である。力をセル間配線に加えるときに、セル間配線は、ネックで破壊するように設計される。
【００２０】
複数の付加物の各付加物は、鼓形、Ｓ字形、Ｕ字形、Ｗ字形、Ｖ字形、蛇状、鋸歯状またはＬ字形である。いくつかの実施形態において、付加物長は、付加物沿いの経路長であり、付加物長は、リンクの１．４から３倍の長さである。付加物の接線と第一領域の水平方向のエッジとの間の角度は、少なくとも１２°である。付加物は、１センチメートルあたり少なくとも８回、１センチメートルあたり少なくとも１０回、または１センチメートルあたり少なくとも１２回繰り返される。
【００２１】
いくつかの実施形態において、第一領域及びセル間配線は、同一平面内に位置する。金属物品は、金属ストリップをさらに備え、この金属ストリップは、セル間配線と一体であり、複数の付加物の第二端部に結合される。金属ストリップは、隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるように構成される。各付加物は、第一領域のエッジと金属ストリップとの間の非垂直経路を横切る。セル間配線は、クロスバーをさらに備え、このクロスバーは、複数の付加物を横切り延在し、１つの付加物を隣接する付加物へ接続する。
【００２２】
また、光起電力セル用の電気部品を形成する方法を開示する。この方法は、金属物品を導電性マンドレル上に電鋳することを備える。導電性マンドレルは、少なくとも１つの予備成形パターンを有する外面を有する。金属物品は、複数の電鋳素子を有する第一領域、及びこの第一領域と一体であるセル間配線を含む。金属物品は、導電性マンドレルから分離される。導電性マンドレルから分離されるときに、金属物品がユニットの独立型部品を形成するように、複数の電鋳素子を内部接続する。複数の電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用に電線管として機能するように構成される。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルへ直接結合する。セル間配線は、リンクを含み、このリンクは、第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、この第一リンク端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二リンク端部、及びリンクの長さ沿いにテーパネックを有する。セル間配線は、複数の付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、この第一端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二端部を有する。付加物長は、リンクの長さより長い。これらの付加物は、互いから離隔される。
【００２３】
いくつかの実施形態を電鋳に関して説明するが、本発明の金属物品は、レーザまたはウォータージェットなどを使用することにより、エッチング、スタンピング、ワイヤ組み立て、または機械加工などの他の方法によって代替に形成されてもよい。
【００２４】
図１は、米国特許第８，９１６，０３８号のいくつかの実施形態に従い、電鋳マンドレル１００の一部の斜視図を描画する。マンドレル１００は、ステンレス鋼、銅、陽極酸化したアルミニウム、チタン、もしくはモリブデン、ニッケル、ニッケル−鉄合金（たとえば、Ｉｎｖａｒ）、銅、またはいずれかのそれらの金属の組み合わせなどの導電性材料から作製されてもよく、高いめっき電流を可能にし、高スループットを可能にするのに十分な面積によって設計されてもよい。マンドレル１００は、パターン素子１１０及び１１２を含む予備成形パターンを有する外面１０５を有し、製造される電線管素子の所望の形状についてカスタマイズされることが可能である。この実施形態において、パターン素子１１０及び１１２は、矩形断面を有する溝部またはトレンチであるが、他の実施形態において、パターン素子１１０及び１１２は、他の断面形状を有してもよい。セグメントがグリッド型パターンを形成するように交差するようなパターン素子１１０及び１１２を描画し、このパターン中の平行線セットは、この実施形態において互いに直交する。
【００２５】
これらのパターン素子１１０は、高さ「Ｈ」及び幅「Ｗ」を有し、そこで高さ対幅の比は、アスペクト比を規定する。マンドレル１００中でパターン素子１１０及び１１２を使用して金属物品を形成することにより、電鋳金属部品は、光起電力用途に合うように製造されることが可能である。たとえば、アスペクト比は、要望通り約０．０１から約１０の間であり、ソーラーセルの遮光制約を満たし得る。
【００２６】
パターン素子の、アスペクト比、ならびに断面形状及び長手方向のレイアウトは、電流容量、直列抵抗、遮光損失、及びセルレイアウトなどの、所望の仕様を満たすように設計されてもよい。いずれかの電鋳工程を使用することが可能である。たとえば、金属物品は、電気めっき工程により形成されてもよい。特に、電気めっきは、一般的に等方性工程であるため、パターンマンドレルによって電気めっきを限定でき、部品の形状をカスタマイズすることは、効率を最大にするために有意な改善である。さらに、特定の断面形状は、それらの断面形状を半導体表面上に配置するときに不安定である場合があるが、マンドレルの使用を通じて製造されてもよく、カスタマイズされたパターンは、電線を内部接続して、これらの導管に安定性を与えるような特徴を可能にする。いくつかの実施形態において、たとえば、予備成形パターンは、電線に交差しながら連続的なグリッドとして構成されてもよい。この構成は、グリッドを形成する複数の電鋳素子へ機械的安定性を与えるだけではなく、電流がさらに導管経由で波及するので、低い直列抵抗を可能にする。また、グリッド型構造は、セルの堅牢性を高めることが可能である。たとえば、グリッドのある部分が破壊される、または機能しなくなる場合に、電流は、グリッドパターンの存在により、破壊領域の周囲を流れることが可能である。
【００２７】
図２Ａから２Ｃは、米国特許第８，９１６，０３８号に開示されるような、いくつかの実施形態に従い、マンドレルを使用して金属層部品を製造する際の段階の簡略化された断面図である。図２Ａにおいて、パターン素子１１０及び１１５を含むマンドレル１０２を提供する。パターン素子１１５は、マンドレル１０２の外面１０５方向へ広がる、テーパ状である垂直断面を有する。テーパ状の垂直断面は、ある特定の機能上の利点、たとえば、金属量を増やして導電性を改善すること、またはマンドレル１０２からの電鋳部品の除去を補助することを提供し得る。マンドレル１０２は、電鋳工程を受け、この工程中に図２Ｂに示されるように、電鋳素子１５０、１５２及び１５４をパターン素子１１０及び１１５内に形成する。電鋳素子１５０、１５２及び１５４は、たとえば、銅のみ、または銅の合金であってよい。他の実施形態において、マンドレル１０２上に最初にニッケル層を、ついで銅の層をめっきし得るため、ニッケルは、完成した半導体デバイスの銅汚染に対して障壁を提供する。図２Ｂに電鋳素子１５０上のニッケル層１６０により描画されるように、任意選択で、追加のニッケル層を電鋳素子の頂部上にめっきし、銅を封入し得る。他の実施形態において、製造される金属物品の必要な特性を達成する、要望通りのさまざまな金属を使用して、複数層をパターン素子１１０及び１１５内にめっきし得る。
【００２８】
図２Ｂにおいて、電鋳素子１５０及び１５４をマンドレル１０２の外面１０５と同一平面で形成されるように示す。電鋳素子１５２は、これらの素子を重ねめっきしてもよい別の実施形態を示す。電鋳素子１５２について、金属がマンドレル１０２の外面１０５より上に延出するまで電気めっきし続ける。重ねめっき部分は、電鋳の等方性により丸い頂部として一般的に形成され、マンドレル１０２から電鋳素子１５２の引き抜きを容易にするようにハンドルとして機能し得る。また、電鋳素子１５２の丸い頂部は、たとえば、集光を補助する反射面であることにより、光起電力セルにおける光学的利点を提供し得る。示されないさらに他の実施形態において、金属物品は、予備成形パターン１１０及び１１５内に形成される部分に加えて、バスバーなどのマンドレル外面１０５の頂部上に形成される部分を有してもよい。
【００２９】
図２Ｃにおいて、電鋳素子１５０、１５２及び１５４は、独立型金属物品１８０としてマンドレル１０２から除去される。図２Ａから２Ｃが３つの異なるタイプの電鋳素子１５０、１５２及び１５４を示すことに留意する。さまざまな実施形態において、マンドレル１０２内の電鋳素子は、すべて同一タイプであってもよい、または電鋳パターンの異なる組み合わせを有してもよい。金属物品１８０は、図１のクロスメンバパターン素子１１２により形成されるような、交差素子１９０を含んでもよい。交差素子１９０が互いにアライメントを取る個々の電鋳素子１５０、１５２及び１５４を保ちながら他の処理ステップに容易に移送され得るように、交差素子１９０は、金属物品１８０、ユニットの独立型部品を作製する際に援助してもよい。追加の処理ステップは、独立型金属物品１８０についてのコーティングステップ、及びそれを半導体デバイス内に組み込むための組み立てステップを含んでもよい。独立型部品として半導体の金属層を製造することにより、半導体アセンブリ全体の製造歩留まりは、金属層の歩留まりによる影響を受けない。加えて、金属層は、他の半導体層とは異なる温度及び工程を受けることが可能である。たとえば、金属層は、半導体アセンブリの他の部分に影響しない高温工程または化学浴を受けてもよい。
【００３０】
図２Ｃにおいて、金属物品１８０をマンドレル１０２から除去した後に、マンドレル１０２を再利用し、追加の部品を製造してもよい。マンドレル１０２を再利用することが可能であることにより、ソーラーセル上に直接に電気めっきを実行する現在の技術と比較して有意なコスト削減を提供する。直接電気めっき方法において、マスクまたはマンドレルは、セル自体の上に形成されるので、すべてのセル上に構築され、多くの場合に壊されなければならない。パターニングし、その後半導体デバイスをめっきすることを必要とする技術と比較して、再利用可能なマンドレルを含むことにより、処理ステップを減らし、コストを節約する。他の従来の方法において、薄膜プリントシード層を半導体表面に塗布し、めっき工程を開始する。しかしながら、シード層方法は、低いスループットをもたらす。対照的に、本明細書に説明されるような再利用可能なマンドレル方法は、厚膜金属のマンドレルを利用することが可能であり、これらのマンドレルは、高い電流容量性を可能にし、高いめっき電流、したがって高いスループットをもたらす。金属マンドレルの厚さは、たとえば、０．２から５ｍｍの間であってよい。
【００３１】
本出願の譲受人により所有される、米国特許第８，９３６，７０９号に開示され、本明細書によって参照により援用されるように、電鋳マンドレルにより製造される金属物品は、特定の光起電力セルの所望の機能的要求及び製造要求を満たすためにさらにもっと特徴を合わせることが可能である。たとえば、金属物品内の素子の個々の形状は、カスタム設計されることが可能である、または金属物品の一方の領域内の素子は、他方の領域内の素子と幾何学的に異なる特徴によって設計されることが可能である。カスタマイズされた特徴は、個々に、または互いに組み合わせて使用されてもよい。電鋳マンドレルの使用は、電鋳部品全体の寸法制約を切り離すため、これらの特徴は、金属物品内の特定の領域のために最適化されてもよい。さらに、電鋳方法によって製造される金属物品は、たとえば、高効率セルに対してより低コストの住宅用セルなどの、特定のタイプのセルに合わせることが可能である。また、金属物品の特徴は、内部接続コンポーネントの一体化を可能にするため、電線管として金属物品を利用するソーラーセルは、モジュール対応である。金属物品により提供されるメタライゼーションは、同一のフットプリントを有する従来のセルメタライゼーションより高いメタライゼーション体積、及びより低い抵抗を与え、銀ベースの、またリボンベースのメタライゼーションと比較してコストを削減する。また金属物品は、軽量で、かつ撓み耐性の光起電力セル設計を容易にする。
【００３２】
図３は、光起電力セルに適合されるさまざまな特徴のいくつかの実施形態に従う本開示の金属物品４００の上面図を示す。半導体基板４０２を破線で示し、光起電力セル上の金属物品の配置を示し、そこで金属物品４００は、本明細書においてセルの表面側についてのグリッドとして構成される。しかしながら、本明細書に説明される特徴は、光起電力セルの裏面側用の電線管に適用されてもよい。本開示において、半導体デバイスの構造における半導体材料または光起電力セルへの参照は、光起電力セルにおける使用に適切である、アモルファスシリコン、結晶シリコンまたはいずれかの他の半導体材料を含んでもよい。また金属物品を光起電力セル以外の他のタイプの半導体デバイスに適用してもよい。図３に、疑似四角形の形状とも称される、丸い角を有する単結晶セルとして半導体基板４０２を示す。他の実施形態において、半導体基板は、多結晶であってもよく、完全に四角形の形状を有する。半導体基板４０２は、銀フィンガーなどの、電線管ライン（図示せず）をその表面上に有してもよく、これらの電線管ラインは、基板４０２により生成される電流を搬送する。
【００３３】
金属物品４００は、複数の電鋳素子を有する第一領域４５６を含み、これらの電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される。セル間配線４４０は、第一領域４５６と一体である。銀フィンガーは、従来の方法に従い、半導体基板４０２上にスクリーン印刷され得る。たとえば、銀フィンガーは、第一領域４５６内のグリッド線４１０の方向に垂直である電線であってよい。つぎに金属物品４００の素子は、電線管として機能し、銀フィンガーからの電流を搬送する。図３のこの実施形態において、金属物品４００の第一領域４５６内のグリッド線４１０（図３において水平方向内の）及びセグメント４２０（図３において垂直方向内の）は、たとえば、はんだ付けにより、半導体基板４０２に電気結合され、電流を集電し、内部接続素子またはセル間配線４４０に送達する。グリッド線４１０は、第一領域４５６のエッジに垂直であってよい。セル間配線４４０は、ソーラーモジュール用のセル間配線がソーラーアレイを作製することを可能にする。金属物品４００を銅などの金属によって製造することは、すべての電線管に銀を使用するセルと比較してコストを削減し、向上した導電性によりセル効率も向上させることが可能である。
【００３４】
複数の電鋳素子は、複数の第一素子が複数の第二素子に交差することを備えてもよい。たとえば、図３のグリッド線４１０及びセグメント４２０を互いに交差し、ほぼ垂直であるように示すが、他の実施形態において、それらは、互いに垂直ではない角度であってよい。グリッド線４１０及びセグメント４２０の両方は、電流を搬送することが可能であるが、グリッド線４１０は、セル間配線４４０に最小抵抗の経路を提供し、電流の主な担体として機能する。セグメント４２０は、強度の観点から、またグリッドの寸法仕様を維持する際に、独立型金属物品４００についての機械的支持を提供する。しかしながら、セグメント４２０は、グリッド線４１０が機能しなくなる場合に冗長性を与える際などに、電線管として機能することも可能である。いくつかの実施形態において、グリッド線４１０及びセグメント４２０は、それぞれ幅４１２及び４２２を有してもよく、これらの幅は、セルについての、機械的強度を最適化する、または所望の曲線因子を達成するなどのために互いに異なる。たとえば、グリッド線４１０の幅４１２は、セグメント４２０の幅４２２より小さくてもよく、セグメント４２０は、グリッド線４１０ができる限り高い曲線因子を達成するように合わせられながら、金属物品４００について十分な機械的安定性を与える。さらに実施形態において、特定のグリッド線４１０は、特定の区域の機械的強度または電気容量に対処するなどのために、他のグリッド線４１０と異なる幅を有してもよい。またグリッド線４１０のピッチは、必要なデバイス導電要件を満たすために金属物品４００内の異なる領域中で、セグメント４２０と異なってもよい、または互いに異なってもよい。いくつかの実施形態において、より粗い、またはより細かいメッシュピッチは、たとえば、ウェハの銀フィンガー設計、銀スクリーン印刷工程の精度、または使用されるセルの種類に基づき選択されてもよい。
【００３５】
別の実施形態において、電流を集電し、金属物品４００の内部接続素子へ送達する、第一領域４５６中の素子のパターンは、グリッド線（水平方向内の）及びグリッド線（垂直方向内の）からなってもよく、これらのグリッド線は、半導体基板４０２に電気結合される。垂直方向内のグリッド線は、垂直方向内のグリッド線が金属物品４００の一方のエッジ部材４５０から金属物品４００の他方のエッジ部材４５０へ延び、水平方向のグリッド線に実質的に垂直であるという点で、図３におけるセグメント４２０と異なってもよい。水平方向のグリッド線及び垂直方向のグリッド線は、メッシュ構成を形成する。
【００３６】
合わせられてもよい、さらなる特徴は、金属物品を製造する電鋳マンドレル中で設計されてもよい。たとえば、金属物品は、金属物品の大部分の第一領域４５６上にメッシュ構成を形成する交差グリッド線を有してもよい。グリッド線は、その長さ沿いに不均一である幅を有してもよい。いくつかの実施形態において、水平方向のグリッド線の幅は、セルの集電端部である内部接続素子（またはセル間配線４４０）に近づくにつれ広がる。第一領域４５６のその表面中で金属物品により電流を集電する場合に、増大した幅は、より高い電流にこの端部で対応する。したがって、増大した幅は、抵抗損失を減少させる。また、増大した幅の領域において、要望通りにグリッド線の高さを調整してもよい。
【００３７】
さらに、縦方向の輪郭は、幅を変えることに加えて、形状を変えてもよい。水平方向及び垂直方向のグリッド線は、非線形パターンを有するように構成されてもよく、非線形パターンは、グリッド線が縦方向に拡張することを可能にするので、拡張セグメントとして機能する。いくつかの実施形態において、水平方向及び垂直方向のグリッド線の両方は、グリッド線４１０及びセグメント４２０により例示されるように、波型パターンを有してもよい。波形パターンは、たとえば、正弦波または他の湾曲形状または幾何学的形状として構成されてもよい。波形パターンは、はんだ点間に余分な長さを与えてもよく、金属物品が膨張し、収縮すること、たとえば、それが接合される金属物品と半導体基板との間の熱膨張係数（ＣＴＥ）における差に対してひずみ緩和を与えることなどを可能にする。たとえば、銅は、シリコンの約５倍のＣＴＥを有する。したがって、シリコン基板にはんだ付けされる銅金属部品は、サブアセンブリを完成したソーラーセル中で製造することに携わる加熱及び冷却ステップ中に有意なひずみを受ける。他の実施形態において、特定のグリッド線のみを拡張セグメントとして構成してもよい。さらなる実施形態において、単一のグリッド線の特定の部分のみを拡張セグメントとして構成してもよく、長さの他の部分は、直線的である。
【００３８】
図３の実施形態において、グリッド線４１０は、波型パターンを有する。また、セグメント４２０は、波型パターンを有する。セル間配線４４０の近くに、追加の水平方向のセクション４３０は、存在してもよい。追加の水平方向のセクション４３０は、追加の電流搬送能力を提供する。他の実施形態において、グリッド線４１０及びセグメント４２０は、直線的である、または波型パターン及び直線の組み合わせであってよい。また、グリッド線４１０及びセグメント４２０は、エッジ部材４５０及び４５５を含み、これらのエッジ部材は、ソーラーセル周辺部近くに配置されるように構成される。たとえば、エッジ部材４５０及び４５５は、ウェハのエッジから１〜３ｍｍに配置されてもよい。エッジ部材４５０及び４５５が金属物品４００の周辺部を形成するため、エッジ部材４５０及び４５５は、金属物品４００の内部中の他のグリッド線４１０及びセグメント４２０より幅が広く、さらなる構造上の支持を提供し得る。エッジ部材４５５は、図３の実施形態中の角部のバスバーとして構成され、メインエッジ部材４５０からの角度をなす。すなわち、エッジ部材４５０は、この実施形態において疑似四角形の形状を収容するように、長さ沿いの導管方向における変化を有する。この方向における変化は、電鋳マンドレルにより一体化して形成されることが可能であり、機械的強度を向上させ、抵抗損失を減少させるために角部のバスバー４５５の幅を合わせることを含むことが可能である。また、金属物品４００の周辺部でより幅が広いバスバー４５０及び４５５は、金属物品４００を半導体基板４０２に取り付けるときに結合強度を向上させることが可能である。
【００３９】
セル間配線４４０は、金属物品４００のエッジ近くにある。セル間配線４４０は、第一領域４５６と一体である。セル間配線４４０は、第一領域４５６の光入射面を延出し、金属物品４００を隣接する光起電力セルに直接結合するように構成される。図４Ａ及び４Ｂは、いくつかの実施形態に従うセル間配線の拡大図である。セル間配線４４０は、複数の電鋳付加物４６０を含む。各付加物４６０は、第一領域４５６のエッジ４６４に結合される第一端部４６２、及びこの第一端部４６２に対向し、エッジ４６４から離れる第二端部４６６を有する。すなわち、第二端部４６６は、セル間配線４４０の金属ストリップ４７０に結合される。付加物４６０は、互いから離隔される。離隔された隣接する付加物４６０を有することにより、すなわち、互いに接合されないことにより、各付加物の独立した撓み及び熱膨張性により応力緩和を改善する。
【００４０】
いくつかの実施形態において、各付加物４６０は、第一領域４５６のエッジ４６４と金属ストリップ４７０との間の非垂直経路を横切る。付加物４６０のパターンは、鋭い、または直線のエッジまたは角度を全くかほとんど有さない、セル間配線４４０の元の平面内の湾曲した表面から構成される鼓形またはボウリングピン形状の輪郭を形成する。付加物４６０の他の形状、たとえば、対称または非対称など、Ｓ字形、Ｕ字形、Ｗ字形、Ｖ字形、蛇状、鋸歯状のような正弦波に似ている形状など、Ｌ字形または他の湾曲した、もしくは直線的な曲げ構成などを使用してもよい。形状の選択は、光起電力セルが使用される用途、たとえば、セルが曝露される機械的撓み及び温度変化量などに依存する。たとえば、付加物沿いの曲線（または曲げ部）の増加した数または振幅を、より高い機械的応力環境及び熱応力環境に対して選択することが可能である。
【００４１】
付加物４６０の曲率は、他の端部と比較して、第一端部４６２または第二端部４６６においてより大きくてもよい。付加物４６０は、互いから離隔されてもよく、付加物４６０のパターンは、ヘッドトゥーテール方式またはヘッドトゥーヘッド方式において次々に繰り返されてもよい。付加物４６０は、セル間配線４４０を横切り繰り返すパターン、または繰り返さないパターンを有してもよい。付加物４６０は、横方向のコンプライアンス及びばね状構造が機械的応力及び熱応力によるひずみ緩和を可能にする。
【００４２】
図４Ｃから４Ｋは、いくつかの実施形態に従い、さまざまな形状の付加物を有するセル配線４４０の部分図を描画する。たとえば、３本のＵ字形曲線に関して、図４Ｃは、Ｗ字形付加物を有し、図４Ｄは、Ｌ字形付加物を有し、図４Ｅは、Ｖ字形付加物を有し、図４Ｆは、Ｕ字形付加物を有し、図４Ｇは、蛇状付加物を有する。図４Ｈ及び４Ｉは、図４Ｇに類似するが、図４Ｇに示されるような付加物の振幅曲線と異なる振幅曲線を含む。図４Ｊは、Ｓ字形付加物を含み、図４Ｋは、３本のＳ字形曲線を有する蛇状付加物を含む。
【００４３】
図４Ｃ、４Ｄ及び４Ｅに示される設計は、付加物４６０の寸法のサンプルを示す。付加物４６０は、第一領域４５６のエッジ４６４と金属ストリップ４７０との間の距離に及び、この距離は、図４Ｃ上で距離「Ｘ」としてラベル付けされる。金属物品４００中に設計される、第一領域４５６のエッジ４６４と金属ストリップ４７０との間の直交方向の距離Ｘは、モジュール内で組み立てられるときのソーラーセル間の間隙、及びモジュールが耐えるように設計される撓み量などの要因に依存する。たとえば、距離Ｘは、６ｍｍなどの４から１０ｍｍであってよい。いくつかの実施形態において、付加物材料の経路（図４Ｃ中の経路「Ｚ」）沿いの、付加物４６０の長さは、第一領域４５６のエッジ４６４と金属ストリップ４７０との間の距離Ｘの１．４倍より長い。Ｘが６ｍｍである１つの実施例において、付加物長Ｚは、少なくとも１．４×６ｍｍ＝８．４ｍｍである。他の実施形態において、付加物４６０の付加物長は、第一領域４５６のエッジ４６４と金属ストリップ４７０との間の距離の３倍までである。さらなる実施形態において、付加物４６０の付加物長は、距離Ｘ、すなわち、第一領域４５６のエッジ４６４と金属ストリップ４７０との間の距離の少なくとも１．５から２倍である。
【００４４】
いくつかの実施形態において、平面図で、付加物４６０の幅「Ｗ」は、少なくとも８０μｍから３５０μｍであってよい。付加物４６０の幅は、付加物４６０の総数、及び付加物４６０により搬送されなければならない光起電力セルの電流容量に依存する。付加物４６０の形状により、付加物４６０の幅は、形状沿いに変わってもよい。たとえば、図４Ｅにおいて、付加物４６０の幅は、いくつかの部分において１９０μｍ、及び半径セクション中などの他の部分において３００μｍである。他の実施形態において、平面図で、付加物４６０の幅は、全体を通して一定である。たとえば、図４Ｆ及び４Ｈにおいて、付加物４６０の幅は、形状全体を通して２００μｍである。いくつかの実施形態において、付加物４６０の厚さは、少なくとも９０μｍであり、１５０μｍ未満である。
【００４５】
図４Ｃにおいて、第一領域４５６の水平方向のエッジ４６４に関する付加物４６０の接線角度を計算し、Ｙとして定義してもよい。より大きな接線角度は、互いに近い付加物４６０のより密なネスティング及びパッキングを可能にする付加物４６０の形状をもたらしてもよい。セル間配線４４０中に組み込まれることが可能である付加物４６０の数が多いほど、電気抵抗を最小にしながら金属物品４００間を流れることが可能な電流量が多くなる。たとえば、図４Ｃにおいて、付加物に対するいずれかの接線と第一領域の水平方向のエッジとの間の角度は、角度Ｙ＝１８°であり、図４Ｄにおいて角度Ｙ＝１９°であり、図４Ｅにおいて角度Ｙ＝２３．２°である。いくつかの実施形態において、付加物４６０の接線と第一領域４５６の水平方向のエッジ４６４との間の角度は、少なくとも１２°である。他の実施形態において、この角度は、７５°未満である。
【００４６】
図４Ｆから４Ｋに示される設計は、接線角度Ｙが０°などの非常に小さい、付加物４６０の形状を示す。これらの幾何学的形状のために、付加物４６０は、１センチメートルあたりで密接にネストしないが、図４Ｃから４Ｅに描写される形状と比較して、増大した付加物長Ｚにより、付加物４６０がさらに可撓性、弾力性及び耐久性を有することを可能にし、それでも十分な電気特性を与え得る。付加物４６０の形状を設計するときに、機械的特性と電気的特性との間に、すなわち、付加物４６０の機械的可撓性／耐久性と、セル間配線沿いの付加物４６０の密なパッキングとの間にトレードオフがあり、少ない電気抵抗及び多い電流が光起電力間に流れることを可能にする。
【００４７】
図４Ａから４Ｋに示される付加物形状のような、特定の付加物形状の使用は、光起電力モジュールが設計されている仕様に依存する。たとえば、機械的反りの量及び方向、ならびに熱膨張及び収縮量は、金属物品４００上の応力に対応するのに必要とされる付加物長Ｚに影響する。別の実施例において、光起電力モジュール上のねじり応力量は、付加物の曲線に使用される半径の選択に影響することが可能である。一般に、膨張量及び／または撓み量が多いほど、付加物長Ｚは、長くなり、これらの応力に対応するばね素子として機能することは、望ましい。また、電流を搬送するために、付加物数及び／または付加物の幅により提供するように、モジュールの電流容量が大きいほど、付加物内の材料量が多くなることは、望ましい。
【００４８】
図４Ｌから４Ｎは、いくつかの実施形態に従うセル間配線４４０を示し、金属物品の耐久性を改善するために付加物及び追加の特徴のネスティングを示す。図４Ｌは、セル間配線４４０のＷ字形付加物４６０を示し、図４Ｍは、図４Ｌの拡大図を示す。図４Ｎは、セル間配線４４０のＵ字形付加物４６０を示す。付加物４６０は、一方の付加物４６０が他方の付加物４６０の空間中に少なくとも部分的に嵌まり、特定の長さ、幅または距離に配置される付加物４６０の数を最大にしながら、ネストするように構成される。いくつかの実施形態において、付加物４６０は、１センチメートルあたり少なくとも８回、１センチメートルあたり少なくとも１０回、または１センチメートルあたり少なくとも１２回繰り返されてもよい。図４Ｍから図４Ｎを比較するときに、図４ＭのＷ字形付加物４６０は、図４ＮのＵ字形付加物４６０より１センチメートルあたりさらに密にパッキングされる。たとえば、Ｗ字形付加物４６０は、約１８°の図４Ｃにおいて考察されるような接線角度Ｙを有し、Ｕ字形付加物４６０は、ほぼ０°の接線角度Ｙを有する。接線角度Ｙが非常に小さく、または１２°未満でありながら、図４Ｍから図４Ｎを比較するときに示されるように、付加物４６０を合わせて密にネストすることは困難である。
【００４９】
図４Ｌから４Ｎは、金属物品の耐久性及び製造性を改善するために使用されてもよいさらなる特徴を示し、そこでセル間配線４４０は、１つ以上のリンク４７４を有する。各リンク４７４は、第一領域４５６のエッジ４６４に結合される第一リンク端部、及びこの第一リンク端部に対向し、第一領域４５６のエッジ４６４から離れる第二リンク端部を有する。第二リンク端部は、金属ストリップ４７０に結合される。リンク４７４は、直線的であり、第一領域４５６のエッジに垂直である。いくつかの実施形態において、付加物長は、リンク４７４の長さより長い。いくつかの実施形態において、リンクの長さは、距離Ｘ、すなわち、第一領域４５６のエッジ４６４と金属ストリップ４７０との間の距離である。
【００５０】
各リンク４７４は、ネック４７６を有し、ネックは、幅において、テーパ状になり、リンク４７４の幅より狭く、リンク４７４について指定された破壊点を提供する。ネック４７６は、これらの実施形態においてリンク４７４の第二リンク端部に示され、テーパネックは、リンクの長さ沿いにあるが、ネック４７６は、要望通りにリンク４７４沿いのいずれかの箇所に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、平面図で、リンク４７４の幅は、２００μｍ未満であり、ネック４７６は、５０μｍ未満である。平面図において、ネック４７６の幅は、リンク４７４の幅より、少なくとも１．５倍薄い。
【００５１】
リンク４７４は、金属物品４００へ安定性を与え、製造中に付加物４６０に加えられる力を吸収し、張力またはトルクなどの力からの破壊を防止する。たとえば、一般的に分離する、持ち上げる、または剥離することにより、金属物品４００を電鋳マンドレルから除去するときに、リンク４７４は、安定性を金属物品４００へ与え、複数の付加物４６０の引張または破壊を防ぐ。除去工程は、米国特許第８，９１６，０３８号のいくつかの実施形態に記載される。また、リンク４７４は、他の方法（たとえば、スタンピング）を使用して金属物品を製造するときに、または金属物品がソーラーセル上に結合される前に独立型金属物品を取り扱うときに、安定性を与える。
【００５２】
図４Ｍを参照して、リンク４７４の第二端部でネック４７６は、テーパ状になり、リンク４７４の他の部分より狭く、セル間配線４４０のより弱いセクションであり、そこで必要に応じて、破壊が制御された方式で生じるように設計される。セル間配線４４０は、力をセル間配線４４０に加えるときにリンク４７４のネック４７６で破壊するように設計される。リンク４７４のネック４７６は、付加物４６０の破壊強度未満の力で破壊するように設計される。金属物品４００を製造中に取り扱いながら、リンク４７４は、付加物４６０上の応力を防ぐように機能する。しかしながら、金属物品４００をソーラーモジュール中で組み立てたときに、付加物４６０がセル間配線４４０の有効な撓み領域を提供するので、無傷のままであるため、その機能は、リンク４７４に必要ではない。破壊がリンク４７４に生じる場合に、付加物４６０と金属ストリップ４７０との間の電気コンダクタンスは、リンク４７４が付加物４６０と比較して数が少ないため、わずかに低下するに過ぎない。たとえば、ソーラーモジュールアレイは、移送中に、またはサーマルサイクリングによる運転中に衝撃及び振動を受ける場合があり、機械的応力を受ける場合がある。複数の付加物４６０を含むセル間配線４４０は、付加物４６０が導電し、移送、設置及び通常のサーマルサイクリング中にクラックが入らない、または破壊しない、柔軟な可撓性ばねとして機能し得るため、隣接するソーラーセル間に固有のインプレーン及びアウトオブプレーンの不撓性または剛性を改善する。
【００５３】
図４Ｌから４Ｎの実施形態は、２つのリンク４７４を付加物４６０のローの一方の端部で、２つのリンク４７４をローの中間に、また２つのリンク４７４を対向する端部（図示せず）に描画する。他の構成は、たとえば、１つのリンクを各位置に、または１つ以上のリンク４７４を付加物４６０のロー沿いのさまざまな位置に、または単一のリンク４７４だけをロー全体に（たとえば、１つのリンク４７４をローの中間に配置することが）可能である。
【００５４】
いくつかの実施形態において、セル間配線４４０は、付加物４６０に交差して延び、１つの付加物４６０を隣接する付加物４６０に接続する１本以上のクロスバー４７８を有してもよい。図４Ｍ及び４Ｎを参照して、クロスバー４７８は、付加物４６０間の、またさらに、付加物４６０とリンク４７４との間の水平方向に配置される。任意選択で、クロスバー４７８は、リンク４７４間に配置されてもよい。クロスバー４７８は、たとえば、付加物がマンドレル１００から金属物品４００の分離中に破損されるのを防止するように、また付加物４６０の全体的な弾力性を維持したままで付加物４６０が一斉に撓み動くことを可能にするなどのように、安定性を金属物品４００へ与える。これらは、図４Ｎに示されるような１ローのクロスバー４７８、または図４Ｍに示されるような複数のローのクロスバー４７８であってよい。付加物に関するクロスバー４７８の配置は、均一、またはランダムであってよい。図４Ｍ及び４Ｎの実施形態において、クロスバー４７８は、付加物４６０中の曲線のピークに配置され、そこで手荒い取り扱いによる破損が最も起こりやすい。
【００５５】
第一領域４５６及びセル間配線４４０を含む、金属物品４００は、導電性マンドレル上で電鋳され、予備成形パターンにより形成され、導電性マンドレルから分離されるときにユニットの独立型部品を形成し得る。いくつかの実施形態において、金属物品４００のセル間配線４４０は、第一領域４５６に関する平面に形成されてもよい。他の実施形態において、金属物品４００のセル間配線４４０を操作し、第一領域４５６の平面外に曲げ部または角度を付けてもよい。図５Ａから５Ｃは、いくつかの実施形態に従い、金属物品４００についての処理方法を描画する。たとえば、図５Ａは、固定具４６８内に配置される、第一領域４５６及びセル間配線４４０を含む金属物品４００を示す。固定具４６８は、液圧、機械的または空気機構などによる圧力の印加によってワークピースの形状を変更する成形プレスであってよい。固定具４６８の頂部及び底部は、パターンによって予備成形されてもよい、またはダイを使用して、プレスが閉じるときに、圧力を加え、ワークピースを予備成形形状に変形させてもよい。図５Ａから５Ｃにおいて、Ｓ字形曲げ部４７２を固定具４６８中に提供し、対応する曲げ形状をセル間配線４４０に形成する。図５Ｂは、金属物品４００に圧力を加える閉位置における固定具４６８を示す。図５Ｃは、金属物品４００の新規の形状を示す開位置における固定具４６８である。
【００５６】
図５Ｄは、２つの金属物品４００ａ及び４００ｂを描画し、この中で金属物品４００ａは、いくつかの実施形態に従い固定具４６８による成形後である。金属物品４００ａは、光起電力セルの表面用に構成されてもよく、金属物品４００ｂは、裏面用である。金属物品４００ａは、セル間配線４４０を介して金属物品４００ｂに結合され、セルの平面に垂直方向内の曲げ部は、表裏接続を容易にする。金属物品４００の第一領域４５６は、第一面を備えてもよく、セル間配線４４０は、曲げ部を備えてもよく、曲げ部は、複数の電鋳付加物４６０の第二端部４６６を第一面と異なる第二面に配置する。いくつかの実施形態において、曲げ部は、金属物品の平面に関して５°から８５°の角度で構成されてもよい（図７Ａから７Ｂの角度Ｎを参照する）。
【００５７】
セル間配線４４０は、光入射面を延出し、金属物品４００を隣接する光起電力セルに直接結合するように構成される。たとえば、光起電力セル及び第二光起電力セルが隣接するときに、セル間配線４４０は、光起電力セルの表面側、及び隣接する光起電力セルの裏面側に結合されてもよい。これは、金属物品４００と第二金属物品との間に電流が流れることを可能にする。図６は、いくつかの実施形態に従い、１つの光起電力セルの表面側、及び隣接する光起電力セルの裏面側に結合される、セル間配線４４０の上面図を示す。
【００５８】
セル間配線４４０が光起電力セルの表面側、及び第二光起電力セルの裏面側に結合されるときに、電鋳付加物４６０は、光起電力セルに関する平面外、及び第二光起電力セルに関する平面外に突出する、または膨出するように構成される。図７Ａから７Ｃは、いくつかの実施形態に従い、２つの隣接する光起電力セル間のセル間配線４４０の側面図を示す。図７Ａは、ソーラーモジュール内に組み立てられる内部接続されたセルの簡略化された側面図を提供する。図７Ｂは、内部接続されたソーラーセルの側面図を提供し、図７Ｃは、内部接続された金属物品の斜視図を示す。図７Ａにおいて、設計では、ひずみ緩和アスペクトを最大にする急な曲線を避ける。矢印Ｋ及びＬは、セル間配線４４０の突出部を示し、突出部は、隣接する光起電力セル間に取り付けられるときに、光起電力セルに関する平面から出て、第二光起電力セルに関する平面から出る。矢印Ｊ及びＭは、金属物品４００の第一領域４５６に結合する前の、セル間配線４４０のわずかな曲線を示す。角度Ｎは、たとえば、５°から８５°であってよい曲げ角度を示す。
【００５９】
図７Ｂは、いくつかの実施形態に従う、セル間配線４４０である。２つの隣接する光起電力セルは、第一領域４５６をそれぞれ備え、距離Ｐで配置され、距離Ｐは、たとえば、約１．０ｍｍから３．０ｍｍ離れる、またはこの実施形態において、２．０ｍｍ離れてもよい。いくつかの実施形態において、付加物４６０の長さは、隣接する光起電力セル間の間隙距離の少なくとも４倍である。たとえば、いくつかの実施形態において、２．０ｍｍである距離Ｐで隣接する光起電力セルを配置する場合に、つぎに付加物４６０の長さは、４×２．０ｍｍ＝８．０ｍｍである。これは、第一領域４５６及びセル間配線４４０を同一平面内に配置するときに、またはセル間配線４４０が第一面と異なる第二面に複数の付加物４６０の第二端部４６６を配置する曲げ部を含むときに、適用可能である。
【００６０】
セル間配線４４０の付加物４６０の第一端部４６２は、第一光起電力セルの第一領域４５６に関する平面内にある。セル間配線４４０の曲げ部Ｎの形成、及び２つの隣接する光起電力セル間のセル間配線４４０の取り付けのために、矢印Ｋにより示される第一突出部は、約０．２ｍｍから０．４ｍｍなどの、またはこの実施形態において、第一光起電力セルの第一領域４５６ａから０．３ｍｍの、高さＱまで平面から垂直方向に出る。セル間配線４４０の付加物４６０の第二端部４６６は、第二光起電力セルの第一領域４５６ｂに関する平面内にある。矢印Ｌは、セル間配線４４０の第二突出部を示す。この事例において、第二突出部は、約０．３ｍｍから０．６ｍｍなどの、またはこの実施形態において、第二光起電力セルの第一領域４５６ｂから０．５ｍｍの、高さＲまで平面から垂直方向に出る。第一突出部及び第二突出部は、内部接続の耐久性を最大にするために、異なる高さまで平面から垂直方向に出てもよい。
【００６１】
図７Ｃは、２つの隣接する金属物品間のセル間配線４４０の斜視図を描画する。セル間配線４４０の各付加物４６０中の第一突出部及び第二突出部は、金属物品４００中に応力緩和曲げ部を提供する。光起電力セル間のセル間配線４４０の可撓性は、移送、設置または通常のサーマルサイクリング中に破壊または反りの問題を軽減する。従来の３本のバスバー配線は、セル間のそれら固有の不撓性により、光起電力セルへの反りの原因となることが多い。
【００６２】
いくつかの実施形態において、金属物品４００は、金属ストリップ４７０をさらに備え、この金属ストリップは、セル間配線４４０と一体であり、複数の電鋳付加物４６０の第二端部４６６に結合される。金属ストリップ４７０は、隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるように構成される。セル間配線４４０の金属ストリップ４７０は、隣接するセルの裏面についてはんだパッドとして機能し、付加物４６０は、ソーラーセル間で電線管として機能する。セル間配線４４０の設計が従来のはんだリボンと比較して大きな表面積を有し、その中で３本のバスリボンを使用することに留意する。その結果、セル間配線４４０の設計は、低い直列抵抗、及び最小の電圧降下を与えることによりモジュールレベルにおいて効率を改善する。たとえば、グリッド線４１０及びセグメント４２０についての５０から１００μｍの幅と比較して、セル間配線４４０の幅４３２は、６から８ｍｍなどの、５から１０ｍｍであってよい。
【００６３】
セル間配線４４０の長さは、多結晶セルのエッジ全体、または単結晶セルの角部間の長さなどの、光起電力セルのエッジ長に近似してもよい。別の実施形態において、セル間配線４４０は、光起電力セルの第一領域４５６のエッジの少なくとも４分の１に及んでもよい。さらに実施形態において、セル間配線４４０は、光起電力セルのおおよそのエッジ長の不連続部分に及んでもよい。たとえば、図８は、いくつかの実施形態に従い、光起電力セルの部分として金属物品４００の斜視図を示す。この実施形態において、セル間配線４４０は、光起電力セルのエッジ長の不連続部分４４０ａ及び４４０ｂに及ぶ。さらに実施形態において、セル間配線４４０は、光起電力セルのエッジ全長の、または光起電力セルのエッジ部分長の、不連続部分または連続部分に及んでもよい。金属ストリップ４７０は、光起電力セルの全長に及ぶ。別の実施形態において、金属ストリップ４７０は、セル間配線４４０の長さに及んでもよい。光起電力セルの第一領域４５６のエッジの少なくとも４分の１に及ぶことにより、従来の３本のバスバー構成より冗長性を高めるソーラーモジュール中の隣接するセル間に複数の電路がある。これは、３本のバスバー構成と共通であるような内部接続不良により効率を下げる光起電力セルの問題を軽減する。
【００６４】
またセル間配線４４０は、電鋳マンドレルから金属物品４００を除去するための製造補助として機能し得る。本明細書に考察されるように、セル間配線４４０は、セル間の表裏接続を可能にするなどのために、電鋳後に曲げられる、または角度を付けられてもよい。セル間配線４４０は、グリッド線４１０及びセグメント４２０と一体に形成されてもよく、これは、接合ステップがなくなることにより製造コストを削減することが可能である。他の実施形態において、セル間配線４４０は、異なるグリッド設計に関して、内部接続素子の互換性を可能にするなどのために、別々の部品として形成され、その後、第一領域４５６に接合されてもよい。
【００６５】
セル間配線４４０は、高さ、すなわち、厚さを有してもよく、この厚さは、金属物品４００の他の部分と異なってもよい。セル間配線４４０の厚さは、複数の電鋳素子の高さと異なる高さを有してもよい。いくつかの実施形態において、たとえば、セル間配線４４０は、８０から１００μｍの高さを有してもよく、グリッド線４１０は、１００から１５０μｍなどの、１００から２００μｍの厚さまたは高さを有してもよい。セル間配線４４０がモジュール内のセル間に機械的接続及び電気的接続を提供するため、指定された撓み試験要件を満たす特定の厚さと高さを合わせてもよい。より薄いセル間配線４４０は、電流の流れのために大きな表面積を提供することにより電圧損失を最小にしながら、移送中に、及び環境的な力への曝露中に撓む、などの疲労破壊への耐性を改善してもよい。
【００６６】
本明細書に記述されるセル間配線を含む金属物品は、撓みサイクル試験を受けた。撓みサイクル試験は、ｘ軸及びｙ軸の両方においてサンプルに応力を加え、それによるｘは、セル間の移動の長さであり、ｙは、移動の幅である。結果は、従来の３本のバスバー設計の対照サンプルの回数より多い２０回を超える、「不具合までの平均回数」、またはセル間配線の疲労に対して改善を示した。したがって、複数の付加物及び曲げ部を含むセル間配線を備える金属物品は、隣接するソーラーセル間の固有のインプレーン不撓性または剛性を改善し、移送、設置及び通常のサーマルサイクリング中の光起電力セルの破壊及び反りのリスクを改善した。光起電力セル及びソーラーモジュールアレイの寿命は、従来の３本のバスバー技術と比較するときに、セル間の振動及び応力における減少により延び得る。ソーラーモジュールアレイは、移送中に、またはサーマルサイクリングによる運転中に衝撃及び振動を受ける場合があり、ウィンドバフェッティングもしくは雪荷重によるような機械的応力を受ける場合がある。
【００６７】
この設計に関する他の利点は、光起電力セルにおける、またソーラーモジュールアレイにおける、運転中のサーマルサイクリングについての耐久性の向上である。過熱及び／またはアーク放電のリスクは、現在の３本のバスバー設計と比較して、有意に低減する、または排除される。従来の３本のバスバー設計がこの３本のバスバー構成における内部接続の不良または破壊により過熱する、またはアーク放電することは、当該技術分野において知られている。極端な状況において、本発明のセル間配線の付加物の１／３まで不具合が発生した場合でも、残りの付加物が隣接する光起電力セルへ生成される電気エネルギーをまだ送ることが可能であり、火災の危険がないため、設計は、冗長性、及び効率維持を可能にする。
【００６８】
図９は、モジュールのために組み立てられるような、いくつかの実施形態に従う光起電力セルのモジュール９００を示す。図９に複数のセルを示すが、必要に応じてモジュール中で、３６から９６個などのいずれかの数のセルを利用してもよい。本明細書に説明されるように、隣接する各組のセルを合わせて接合する。しかしながら、図９の実施形態において、いくつかの光起電力セルは、前のセルから９０°回転し得る。たとえば、セル９２０は、セル９１０から左回りに９０°回転し、セル９３０に接続する。したがって、開示されているメッシュ設計は、セル上のさまざまな配向を可能にする対称性によって設計されることが可能であり、モジュール内のセルが必要に応じていずれかの配列に接続されることを可能にする。モジュール９００の複数の光起電力セルは、それらの間に間隙９６０を有し、組み立てられる。間隙９６０は、モジュール全体の撓みを可能にし、また完成したモジュールを封入するときにラミネート材料の流れに関して補助する。
【００６９】
図１０は、上述されるようないくつかの実施形態に従い、金属物品を使用して光起電力セル用の電気部品を形成する方法のフローチャート１０００である。電鋳が金属物品を製造するために説明されるが、レーザまたはウォータージェットを使用することによるような、エッチング、スタンピング、ワイヤ組み立て、または機械加工などの他の方法が可能であることに留意する。ステップ１０１０において、金属物品を導電性マンドレル上で電鋳する。導電性マンドレルは、少なくとも１つの予備成形パターンを含む外面を有する。金属物品は、複数の電鋳素子を有する第一領域、及びこの第一領域と一体であるセル間配線を備える。セル間配線は、複数の電鋳付加物を有する。いくつかの実施形態において、金属物品は、光起電力セル内の電線管として機能するように構成される。特定の実施形態において、金属物品は、ソーラーモジュールの光起電力セル間の接続を可能にする一体型特徴を含んでもよい。他の実施形態において、内部接続特徴は、別々に製造され、金属物品に接合されてもよい。別々に形成される場合に、内部接続特徴は、たとえば、シート材料の電鋳またはスタンピングにより形成されてもよい。完成した電鋳金属物品の少なくとも一部は、予備成形パターン内に作製される。
【００７０】
金属物品は、カスタマイズされた特徴を有する複数の電鋳素子を有し、カスタマイズされた特徴は、ａ）第一素子の第一長さ沿いに不均一な幅、ｂ）第一素子の第一長さ沿いの導管方向における変化、ｃ）第一素子の第一長さ沿いに拡張セグメント、ｄ）複数の電鋳素子内の第二素子の第二幅と異なる第一幅、ｅ）複数の電鋳素子内の第二素子の第二高さと異なる第一高さ、及びｆ）テクスチャ加工される上面のうちの１つ以上を含んでもよい。金属物品は、光起電力セル用の、電気グリッド線、バスバー、セル間配線、及びはんだパッドとして機能するように構成されてもよい。セル間配線は、リンクを含み、このリンクは、第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、この第一リンク端部に対向して第一領域のエッジから離れる第二リンク端部、及びリンクの長さ沿いにテーパネックを有してもよい。また、セル間配線は、複数の付加物を含んでもよい。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及びこの第一端部に対向し、第一領域のエッジから離れる第二端部を有する。付加物長は、リンクの長さより長い。これらの付加物を互いから離隔する。
【００７１】
ステップ１０１０は、第一金属塩溶液と電鋳マンドレルの外面を接触させることを含んでもよく、そこで第一金属は、たとえば、銅またはニッケルであってよい。第一金属は、金属物品全体を形成してもよい、または他の金属類の層について金属前駆体を形成してもよい。たとえば、第二金属塩溶液は、第一金属上にめっきされてもよい。いくつかの実施形態において、第一金属は、ニッケルであってよく、第二金属は、銅であってよく、そこでニッケルは、銅拡散についての障壁を提供する。任意選択で、第三金属は、第二金属上にめっきされてもよく、たとえば、第三金属は、第一金属のニッケル上にめっきされている、第二金属の銅上のニッケルであってよい。この三層構造において、銅導管をニッケルにより封入し、銅汚染物質に対する障壁を半導体デバイス中に提供する。ステップ１０１０において、電鋳工程のパラメータは、たとえば、１から３０００ａｍｐ／平方フィート（ＡＳＦ）の範囲の電流、及びたとえば１分から２００分の範囲のめっき時間であってよい。他の導電性金属、たとえば、スズ、スズ合金類、インジウム、インジウム合金類、ビスマス合金類、ニッケルタングステン、またはコバルトニッケルタングステンなどを加え、接着を促進する、水和性を促進する、拡散障壁として機能する、または電気接点を改善し得る。
【００７２】
金属物品を形成した後に、ステップ１０２０において、内部接続される複数の電鋳素子を含む金属物品は、導電性マンドレルから分離され、独立型のユニット部品になる。複数の電鋳素子は、光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される。セル間配線は、光入射面を延出し、金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合するように構成される。セル間配線は、複数の電鋳付加物を含む。各付加物は、第一領域のエッジに結合される第一端部、及びこの第一端部に対向し、エッジから離れる第二端部を有する。これらの付加物を互いから離隔する。
【００７３】
この分離は、手動によって、または真空処理のような器具の補助などによって、マンドレルから物品を持ち上げる、または剥離することを伴ってもよい。また、剥離は、金属物品に着手し、これを持ち上げるためのハンドルとして、内部接続素子、たとえば、図３のセル間配線４４０などを使用することにより促進されてもよい。リンク、たとえば、上述されるようなリンク４７４は、セル間配線に一体であり、マンドレルから金属物品の除去中に付加物への破損を防ぐのを支援するために含まれてもよい。他の実施形態において、除去は、製造された部品をマンドレルから解放する際に援助する、熱もしくは機械的衝撃または超音波エネルギーを含んでもよい。つぎに独立型金属物品は、後述されるように、金属物品を取り付け、電気結合することにより、光起電力セルまたは他の半導体デバイス中に形成される準備ができている。金属物品のさまざまな製造ステップへの移動は、支持素子を必要とせずに行われてもよい。
【００７４】
ステップ１０３０において、金属物品を半導体基板へ、機械的に、かつ電気的に結合する。ステップ１０３０は、表面グリッドを半導体ウェハの表面側に結合すること、また裏面グリッドをウェハの裏面側に結合することを含んでもよい。結合は、はんだ付け、たとえば、手動または自動はんだ付けであってよい。はんだは、ウェハ上に印刷されている銀はんだパッドなどの特定の箇所に塗布されてもよい。いくつかの実施形態において、はんだは、めっきまたは浸漬などにより、すべての、またはいくつかの金属物品上に事前に塗布されていてもよい。つぎにステップ１０３０の結合工程中に、事前に塗布されたはんだをリフローしてもよい。他の実施形態において、はんだは、本出願の譲受人により所有される、２０１３年８月２１日に出願された、「Ｕｓｉｎｇ  ａｎ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｓｏｌｄｅｒ  ｔｏ  Ｃｏｕｐｌｅ  ａ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ａｒｔｉｃｌｅ  ｔｏ  ａ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｃｅｌｌ」と題する、米国仮特許出願第６１／８６８，４３６号に記述され、本明細書に参照により援用されるような、活性はんだであってよく、ウェハの非金属部分に結合することを可能にし得る。
【００７５】
ステップ１０３０において、金属物品を半導体に接合することは、たとえば、超音波、赤外線、ホットバー、または瞬間熱処理技術を利用してもよい。この結合は、１回に１箇所の接合部上に、またはウェハの領域上に、または１度にウェハ全体上に実行されてもよい。金属物品は、拡張セグメントを含んでもよく、拡張セグメントは、結合工程中に誘導される熱応力から発生する場合がある反りまたは破壊を減少させる。
【００７６】
半導体ウェハは、ステップ１０３０の前または後に、反射防止膜を施すなどのために、追加の処理ステップを受けてもよい。特定のコーティングは、製造されるセルの種類に依存し、たとえば、窒化物類などの誘電体反射防止膜、またはインジウム−スズ酸化物などの透明導電性酸化物を含んでもよい。
【００７７】
つぎにステップ１０４０において、用意された光起電力セルを合わせて接続する。本明細書に記述されるように、表裏直列接続用の内部接続を実行してもよい。他の実施形態において、セルは、表面間接続及び裏面間接続によって並列に配線されてもよい。
【００７８】
ステップ１０５０において、モジュールアセンブリを合わせてラミネート加工する。いくつかの実施形態において、このアセンブリは、バックシートを含んでもよく、バックシートは、バックシート上に配置されるラミネート材料（たとえば、ＥＶＡ）を含む、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）膜などである。光起電力セルは、ＥＶＡシート、及びセルの上面上の別のＥＶＡシート上に配置される。最後に、ガラスシートは、上面のＥＶＡシート上にある。他の実施形態において、ガラス及びＥＶＡの代替に異なる材料を使用し、モジュールについて所望の、可撓性、耐久性及び重量を達成してもよい。層状スタック全体をラミネータに入れ、そこで加熱及び真空を適用し、アセンブリをラミネート加工する。モジュールを完成させるために、セルの電気接続をジャンクションボックスに配線する。
【００７９】
本明細書に記述される独立型金属物品がさまざまなセルの種類に適用可能であり、ソーラーセルの製造シーケンス内の異なる箇所に挿入されてもよいことがわかる。さらに、電線管は、ソーラーセルの表面もしくは裏面のいずれか一方、または両方上で利用されてもよい。本明細書に記述されるセル間配線を含む金属物品は、フレキシブルソーラーモジュール用途へ適切である。フレキシブルソーラーモジュールは、便利、軽量及びポータブルである。フレキシブルソーラーパネルに対して多くの用途、たとえば、ＰＤＡ、携帯電話、ラップトップ及びウォーキートーキーのようなデバイス用のバッテリ充電器などがある。また、それらを使用して、キャンプ用品、野外通信無線機及びＧＰＳシステムに電力を供給し得る、または建築用ファブリック及び金属屋根材に一体化されてもよい。
【００８０】
加えて、本明細書における実施形態は、主に光起電力用途に関して説明されているが、方法及びデバイスは、再配線層（ＲＤＬの）またはフレックス回路などの他の半導体用途に適用されてもよい。さらに、フローチャートステップを代替の順序で実行してもよく、示されない追加のステップを含んでもよい。これらの説明は、フルサイズセルについて記述しているが、それらは、ハーフサイズセルまたはクォーターサイズセルに適用可能であってもよい。たとえば、金属物品設計は、単結晶の完全な疑似四角形内のような面取りされるすべての４つの角部の代わりに１つまたは２つの面取りされた角部のみを有するセルを収容するレイアウトを有してもよい。
【００８１】
本明細書は、本発明の特定の実施形態に関して詳細に記述されているが、当業者が前述の理解に至ると、これらの実施形態への代替物、変形形態、及び均等物を容易に考えつき得ることを理解するであろう。これらの、及び本発明への他の変更形態及び変形形態は、添付の特許請求の範囲にさらに特に記載される、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者により実施されてもよい。さらに、当業者は、前述の説明が単に実施例としてのものであり、本発明を限定することを意図されないことを理解するであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図４Ｋ】
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【図４Ｌ】
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【図４Ｍ】
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【図４Ｎ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
2019519119.tif 000030
【図９】
2019519119.tif 000031
【図１０】
2019519119.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月25日(2019.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力セル用の金属物品であって、
前記光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成される複数の素子を有する第一領域、及び
前記第一領域と一体であり、前記光入射面を延出し、前記金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合するセル間配線、
を備え、
前記セル間配線は、
ｉ）前記第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、ｉｉ）前記第一リンクに対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二リンク端部、及びｉｉｉ）前記リンクの長さ沿いにテーパネックを有するリンク、
各付加物がｉ）前記第一領域の前記エッジに結合される第一端部、ｉｉ）前記第一端部に対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二端部、及びｉｉｉ）前記リンクの前記長さより長い付加物長を有し、互いから離隔される複数の付加物、
を備え、
前記金属物品はユニットの独立型部品である、
前記金属物品。
【請求項２】
前記リンクは、直線的であり、前記第一領域の前記エッジに垂直である、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項３】
前記セル間配線は、力が前記セル間配線に加えられるときに前記ネックで破壊するように設計される、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項４】
前記付加物は、１センチメートルあたり少なくとも８回、１センチメートルあたり少なくとも１０回、または１センチメートルあたり少なくとも１２回繰り返される、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項５】
前記複数の付加物の各付加物は、鼓形、Ｓ字形、Ｕ字形、Ｗ字形、Ｖ字形、蛇状、鋸歯状またはＬ字形である、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項６】
前記付加物長は、前記付加物沿いの経路長であり、前記付加物長は、前記リンクの前記長さの１．４から３倍である、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項７】
前記付加物の前記接線と前記第一領域の水平方向のエッジとの間の角度は、少なくとも１２°である、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項８】
前記第一領域及び前記セル間配線は、同一平面内に配置される、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項９】
前記セル間配線と一体であり、前記複数の付加物の前記第二端部に結合され、前記隣接する光起電力セルの裏面側に結合されるように構成される金属ストリップ、
をさらに備える、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項１０】
各付加物は、前記第一領域の前記エッジと前記金属ストリップとの間の非垂直経路を横切る、請求項９に記載の前記金属物品。
【請求項１１】
前記セル間配線は、前記複数の付加物を横切って延在し、１つの付加物を隣接する付加物に接続するクロスバーをさらに備える、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項１２】
前記第一領域は、第一面を含み、
前記セル間配線は、前記第一面と異なる第二面中に前記複数の電鋳付加物の前記第二端部を配置する曲げ部を含む、
請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項１３】
前記曲げ部は、前記金属物品の前記平面に関して５°から８５°の角度に構成される、請求項１２に記載の前記金属物品。
【請求項１４】
前記セル間配線は、前記第一面から０．２〜０．４ｍｍまで突出し、
前記セル間配線は、前記第二面から０．３〜０．６ｍｍまで突出する、
請求項１３に記載の前記金属物品。
【請求項１５】
前記セル間配線の厚さは、前記複数の電鋳素子の高さと異なる高さを含む、請求項１に記載の前記金属物品。
【請求項１６】
光起電力セル用の電気部品を形成する方法であって、
金属物品を導電性マンドレル上に電鋳し、前記導電性マンドレルは少なくとも１つの予備成形パターンを備える外面を有し、前記金属物品は複数の電鋳素子を有する第一領域、及び前記第一領域と一体であるセル間配線を含み、
前記金属物品を前記導電性マンドレルから分離し、前記導電性マンドレルから分離されるときに、前記金属物品がユニットの独立型部品を形成するように、前記複数の電鋳素子は内部接続される、
ことを備え、
そこで前記複数の電鋳素子は、前記光起電力セルの光入射面用の電線管として機能するように構成され、
そこで前記セル間配線は、前記光入射面を延出し、前記金属物品を隣接する光起電力セルに直接結合し、
そこで前記セル間配線は、
ｉ）前記第一領域のエッジに結合される第一リンク端部、ｉｉ）前記第一リンク端部に対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二リンク端部、及びｉｉｉ）リンクの長さ沿いにテーパネック、を有する前記リンク、
各付加物がｉ）前記第一領域の前記エッジに結合される第一端部、ｉｉ）前記第一端部に対向し、前記第一領域の前記エッジから離れる第二端部、及びｉｉｉ）前記リンクの前記長さより長い付加物長を有し、互いから離隔される複数の付加物、
を備える、前記方法。
【国際調査報告】
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